package com.ty.utils.ip;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * IP地址归属地查询、地区IP查询与IP段查询工具类(单例)
 * 
 * @author Tommy
 * 
 *         2013-2-27
 */
@Slf4j
public class IPSeeker {
	
	// IP库文件地址
	private static String dbFile = "/opt/data/ip/qqwry.dat";

	// IPSeeker单例对象
	private static IPSeeker SINGLETON;
	
	// 一些固定常量，比如记录长度等等
	private static final int IP_RECORD_LENGTH = 7;
	private static final byte REDIRECT_MODE_1 = 0x01;
	private static final byte REDIRECT_MODE_2 = 0x02;

	// 随机文件访问类
	private RandomAccessFile ipFile;

	// 内存映射文件
	private MappedByteBuffer mbb;

	// 起始地区的开始和结束的绝对偏移
	private long ipBegin, ipEnd;

	// 为提高效率而采用的临时变量
	private byte[] b4;
	private byte[] b3;
	
	// Message
	private static final String bad_ip_file = "IP地址库文件错误";
	private static final String unknown_country = "未知国家";
	private static final String unknown_area = "未知地区";

	/**
	 * 私有构造函数
	 */
	private IPSeeker() {

		b4 = new byte[4];
		b3 = new byte[3];

		try {
			ipFile = new RandomAccessFile(dbFile, "r");
		} catch (FileNotFoundException e) {
			throw new RuntimeException("IP数据库文件没有找到！", e);
		}
		
		// 如果打开文件成功，读取文件头信息
		if (ipFile != null) {
			try {
				ipBegin = readLong4(0);
				ipEnd = readLong4(4);
				if (ipBegin == -1 || ipEnd == -1) {
					ipFile.close();
					ipFile = null;
				}
			} catch (IOException e) {
				try {
					ipFile.close();
				} catch (IOException e1) {
					throw new RuntimeException("Close:IP地址信息文件格式有错误！", e);
				}
				ipFile = null;
				throw new RuntimeException("IP地址信息文件格式有错误！", e);
			}
		}
	}

	/**
	 * 获取IPSeeker实例
	 */
	public static IPSeeker getInstance() {

		if (SINGLETON == null) {
			synchronized (IPSeeker.class) {
				if (SINGLETON == null) {
					SINGLETON = new IPSeeker();
				}
			}
		}
		return SINGLETON;
	}

	/**
	 * 设置IP库路径
	 */
	public static void setDB(String dbFile) {
		if (StringUtils.isNoneBlank(dbFile)) {
			IPSeeker.dbFile = dbFile;
		}
	}

	/**
	 * 获取IP库路径
	 *
	 * @return String
	 */
	public static String getDB() {
		return IPSeeker.dbFile;
	}

	/**
	 * 给定一个IP段，得到此范围的IP记录
	 * 
	 * @param begin
	 *            开始IP
	 * @param end
	 *            结束IP
	 * @return 包含IPLocation类型的List
	 */
	public List<IPLocation> getIPEntries(String begin, String end) throws Exception {
		List<IPLocation> ret = new ArrayList<IPLocation>();
		try {
			// 映射IP信息文件到内存中
			if (mbb == null) {
				FileChannel fc = ipFile.getChannel();
				mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, ipFile.length());
				mbb.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
			}

			byte[] beginIp = Util.getIpByteArrayFromString(begin);
			byte[] endIp = Util.getIpByteArrayFromString(end);

			int endOffset = (int) ipEnd;
			for (int offset = (int) ipBegin + 4; offset <= endOffset; offset += IP_RECORD_LENGTH) {
				int temp = readInt3(offset);
				if (temp != -1) {
					IPLocation ipLoc = getIPLocation(temp);
					IPLocation entry = new IPLocation();
					entry.setCountry(ipLoc.getCountry());
					entry.setArea(ipLoc.getArea());

					// 得到起始IP
					byte[] tmpBegin = new byte[4];
					readIP(offset - 4, tmpBegin);
					entry.setBeginIp(Util.getIpStringFromBytes(tmpBegin));

					// 得到结束IP
					byte[] tmpEnd = new byte[4];
					readIP(temp, tmpEnd);
					entry.setEndIp(Util.getIpStringFromBytes(tmpEnd));

					// 判断此IP地址是否在给定的IP段内，如果在，添加这个记录到List中，如果没有，继续
					if ((compareIP(tmpBegin, beginIp) >= 0 && compareIP(
							tmpBegin, endIp) <= 0)
							|| (compareIP(tmpEnd, beginIp) >= 0 && compareIP(
									tmpEnd, endIp) <= 0)) {
						// 添加该记录
						ret.add(entry);
					}
				}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return ret;
	}

	/**
	 * 给定一个地点的不完全名字，得到一系列包含address子串的IP范围记录
	 * 
	 * @param address
	 *            地点子串
	 * @return 包含IPLocation类型的List
	 */
	public List<IPLocation> getIPEntries(String address) {
		List<IPLocation> ret = new ArrayList<IPLocation>();
		try {
			// 映射IP信息文件到内存中
			if (mbb == null) {
				FileChannel fc = ipFile.getChannel();
				mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, ipFile.length());
				mbb.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
			}

			int endOffset = (int) ipEnd;
			for (int offset = (int) ipBegin + 4; offset <= endOffset; offset += IP_RECORD_LENGTH) {
				int temp = readInt3(offset);
				if (temp != -1) {
					IPLocation ipLoc = getIPLocation(temp);
					// 判断是否这个地点里面包含了address子串，如果包含了，添加这个记录到List中，如果没有，继续
					if (ipLoc.getCountry().indexOf(address) != -1
							|| ipLoc.getArea().indexOf(address) != -1) {
						IPLocation entry = new IPLocation();
						entry.setCountry(ipLoc.getCountry());
						entry.setArea(ipLoc.getArea());

						// 得到起始IP
						readIP(offset - 4, b4);
						entry.setBeginIp(Util.getIpStringFromBytes(b4));

						// 得到结束IP
						readIP(temp, b4);
						entry.setEndIp(Util.getIpStringFromBytes(b4));

						// 添加该记录
						ret.add(entry);
					}
				}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return ret;
	}

	/**
	 * 根据IP得到国家名
	 * 
	 * @param ip
	 *            IP的字符串形式
	 * @return 国家名字符串
	 */
	public String getCountry(String ip) throws Exception {
		return getCountry(Util.getIpByteArrayFromString(ip));
	}

	/**
	 * 根据IP得到国家名
	 * 
	 * @param ip
	 *            ip的字节数组形式
	 * @return 国家名字符串
	 */
	private String getCountry(byte[] ip) {
		// 检查ip地址文件是否正常
		if (ipFile == null)
			return bad_ip_file;

		IPLocation ipLoc = getIPLocation(ip);
		return ipLoc.getCountry();
	}

	/**
	 * 根据IP得到地区名
	 * 
	 * @param ip
	 *            IP的字符串形式
	 * @return 地区名字符串
	 */
	public String getArea(String ip) throws Exception {
		return getArea(Util.getIpByteArrayFromString(ip));
	}

	/**
	 * 根据IP得到地区名
	 * 
	 * @param ip
	 *            ip的字节数组形式
	 * @return 地区名字符串
	 */
	private String getArea(byte[] ip) {
		// 检查ip地址文件是否正常
		if (ipFile == null)
			return bad_ip_file;

		IPLocation ipLoc = getIPLocation(ip);
		return ipLoc.getArea();
	}

	/**
	 * 给定一个IP地址，得到IP归属地信息
	 * 
	 * @param ip
	 *            IP地址
	 * @return 返回IP归属地IPLocation
	 */
	public IPLocation getIPLocation(String ip) throws Exception {
		IPLocation ipLoc = getIPLocation(Util.getIpByteArrayFromString(ip));
		ipLoc.setIp(ip);
		return ipLoc;
	}

	/**
	 * 根据ip搜索ip信息文件，得到IPLocation结构，所搜索的ip参数从类成员ip中得到
	 * 
	 * @param ip
	 *            要查询的IP
	 * @return IPLocation结构
	 */
	private IPLocation getIPLocation(byte[] ip) {
		IPLocation info = null;
		long offset = locateIP(ip);
		if (offset != -1) {
			info = getIPLocation(offset);
		}
		if (info == null) {
			info = new IPLocation();
			info.setCountry(unknown_country);
			info.setArea(unknown_area);
		}
		return info;
	}

	/**
	 * 给定一个ip国家地区记录的偏移，返回一个IPLocation结构
	 * 
	 * @param offset
	 *            国家记录的起始偏移
	 * @return IPLocation对象
	 */
	private IPLocation getIPLocation(long offset) {
		IPLocation loc = new IPLocation();
		try {
			// 跳过4字节ip
			ipFile.seek(offset + 4);
			// 读取第一个字节判断是否标志字节
			byte b = ipFile.readByte();
			if (b == REDIRECT_MODE_1) {
				// 读取国家偏移
				long countryOffset = readLong3();
				// 跳转至偏移处
				ipFile.seek(countryOffset);
				// 再检查一次标志字节，因为这个时候这个地方仍然可能是个重定向
				b = ipFile.readByte();
				if (b == REDIRECT_MODE_2) {
					loc.setCountry(readString(readLong3()));
					ipFile.seek(countryOffset + 4);
				} else
					loc.setCountry(readString(countryOffset));
				// 读取地区标志
				loc.setArea(readArea(ipFile.getFilePointer()));
			} else if (b == REDIRECT_MODE_2) {
				loc.setCountry(readString(readLong3()));
				loc.setArea(readArea(offset + 8));
			} else {
				loc.setCountry(readString(ipFile.getFilePointer() - 1));
				loc.setArea(readArea(ipFile.getFilePointer()));
			}
		} catch (IOException e) {
			log.error(e.getMessage(), e);
			loc = null;
		}
		return loc;
	}

	/**
	 * 给定一个ip国家地区记录的偏移，返回一个IPLocation结构，此方法应用与内存映射文件方式
	 * 
	 * @param offset
	 *            国家记录的起始偏移
	 * @return IPLocation对象
	 */
	private IPLocation getIPLocation(int offset) {
		IPLocation loc = new IPLocation();
		// 跳过4字节ip
		mbb.position(offset + 4);
		// 读取第一个字节判断是否标志字节
		byte b = mbb.get();
		if (b == REDIRECT_MODE_1) {
			// 读取国家偏移
			int countryOffset = readInt3();
			// 跳转至偏移处
			mbb.position(countryOffset);
			// 再检查一次标志字节，因为这个时候这个地方仍然可能是个重定向
			b = mbb.get();
			if (b == REDIRECT_MODE_2) {
				loc.setCountry(readString(readInt3()));
				mbb.position(countryOffset + 4);
			} else
				loc.setCountry(readString(countryOffset));
			// 读取地区标志
			loc.setArea(readArea(mbb.position()));
		} else if (b == REDIRECT_MODE_2) {
			loc.setCountry(readString(readInt3()));
			loc.setArea(readArea(offset + 8));
		} else {
			loc.setCountry(readString(mbb.position() - 1));
			loc.setArea(readArea(mbb.position()));
		}
		return loc;
	}

	/**
	 * 从内存映射文件的offset位置开始的3个字节读取一个int
	 * 
	 * @param offset
	 * @return
	 */
	private int readInt3(int offset) {
		mbb.position(offset);
		return mbb.getInt() & 0x00FFFFFF;
	}

	/**
	 * 从内存映射文件的当前位置开始的3个字节读取一个int
	 * 
	 * @return
	 */
	private int readInt3() {
		return mbb.getInt() & 0x00FFFFFF;
	}

	/**
	 * 从offset位置读取4个字节为一个long，因为java为big-endian格式，所以没办法 用了这么一个函数来做转换
	 * 
	 * @param offset
	 * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
	 */
	private long readLong4(long offset) {
		long ret = 0;
		try {
			ipFile.seek(offset);
			ret |= (ipFile.readByte() & 0xFF);
			ret |= ((ipFile.readByte() << 8) & 0xFF00);
			ret |= ((ipFile.readByte() << 16) & 0xFF0000);
			ret |= ((ipFile.readByte() << 24) & 0xFF000000);
			return ret;
		} catch (IOException e) {
			return -1;
		}
	}

	/**
	 * 从offset位置读取3个字节为一个long，因为java为big-endian格式，所以没办法 用了这么一个函数来做转换
	 * 
	 * @param offset
	 *            整数的起始偏移
	 * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
	 */
	private long readLong3(long offset) {
		long ret = 0;
		try {
			ipFile.seek(offset);
			ipFile.readFully(b3);
			ret |= (b3[0] & 0xFF);
			ret |= ((b3[1] << 8) & 0xFF00);
			ret |= ((b3[2] << 16) & 0xFF0000);
			return ret;
		} catch (IOException e) {
			return -1;
		}
	}

	/**
	 * 从当前位置读取3个字节转换成long
	 * 
	 * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
	 */
	private long readLong3() {
		long ret = 0;
		try {
			ipFile.readFully(b3);
			ret |= (b3[0] & 0xFF);
			ret |= ((b3[1] << 8) & 0xFF00);
			ret |= ((b3[2] << 16) & 0xFF0000);
			return ret;
		} catch (IOException e) {
			return -1;
		}
	}

	/**
	 * 从offset偏移处读取一个以0结束的字符串
	 * 
	 * @param offset
	 *            字符串起始偏移
	 * @return 读取的字符串，出错返回空字符串
	 */
	private String readString(long offset) {
		try {
			ipFile.seek(offset);
			int i = 0;
			byte[] buf = new byte[100];
			while ((buf[i] = ipFile.readByte()) != 0) {
				++i;
				if (i >= buf.length) {
					byte[] tmp = new byte[i + 100];
					System.arraycopy(buf, 0, tmp, 0, i);
					buf = tmp;
				}
			}
			if (i != 0)
				return Util.getString(buf, 0, i, "GBK");
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return "";
	}

	/**
	 * 从内存映射文件的offset位置得到一个0结尾字符串
	 * 
	 * @param offset
	 *            字符串起始偏移
	 * @return 读取的字符串，出错返回空字符串
	 */
	private String readString(int offset) {
		try {
			mbb.position(offset);
			int i = 0;
			byte[] buf = new byte[100];
			while ((buf[i] = mbb.get()) != 0) {
				++i;
				if (i >= buf.length) {
					byte[] tmp = new byte[i + 100];
					System.arraycopy(buf, 0, tmp, 0, i);
					buf = tmp;
				}
			}
			if (i != 0)
				return Util.getString(buf, 0, i, "GBK");
		} catch (IllegalArgumentException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return "";
	}

	/**
	 * 从offset偏移开始解析后面的字节，读出一个地区名
	 * 
	 * @param offset
	 *            地区记录的起始偏移
	 * @return 地区名字符串
	 * @throws IOException
	 */
	private String readArea(long offset) throws IOException {
		ipFile.seek(offset);
		byte b = ipFile.readByte();
		if (b == REDIRECT_MODE_1 || b == REDIRECT_MODE_2) {
			long areaOffset = readLong3(offset + 1);
			if (areaOffset == 0)
				return unknown_area;
			else
				return readString(areaOffset);
		} else
			return readString(offset);
	}

	/**
	 * @param offset
	 *            地区记录的起始偏移
	 * @return 地区名字符串
	 */
	private String readArea(int offset) {
		mbb.position(offset);
		byte b = mbb.get();
		if (b == REDIRECT_MODE_1 || b == REDIRECT_MODE_2) {
			int areaOffset = readInt3();
			if (areaOffset == 0)
				return unknown_area;
			else
				return readString(areaOffset);
		} else
			return readString(offset);
	}

	/**
	 * 从offset位置读取四个字节的ip地址放入ip数组中，读取后的ip为big-endian格式，但是
	 * 文件中是little-endian形式，将会进行转换
	 * 
	 * @param offset
	 * @param ip
	 */
	private void readIP(long offset, byte[] ip) {
		try {
			ipFile.seek(offset);
			ipFile.readFully(ip);
			byte temp = ip[0];
			ip[0] = ip[3];
			ip[3] = temp;
			temp = ip[1];
			ip[1] = ip[2];
			ip[2] = temp;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	/**
	 * 从offset位置读取四个字节的ip地址放入ip数组中，读取后的ip为big-endian格式，但是
	 * 文件中是little-endian形式，将会进行转换
	 * 
	 * @param offset
	 * @param ip
	 */
	private void readIP(int offset, byte[] ip) {
		mbb.position(offset);
		mbb.get(ip);
		byte temp = ip[0];
		ip[0] = ip[3];
		ip[3] = temp;
		temp = ip[1];
		ip[1] = ip[2];
		ip[2] = temp;
	}

	/**
	 * 把类成员ip和beginIp比较，注意这个beginIp是big-endian的
	 * 
	 * @param ip
	 *            要查询的IP
	 * @param beginIp
	 *            和被查询IP相比较的IP
	 * @return 相等返回0，ip大于beginIp则返回1，小于返回-1。
	 */
	private int compareIP(byte[] ip, byte[] beginIp) {
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			int r = compareByte(ip[i], beginIp[i]);
			if (r != 0)
				return r;
		}
		return 0;
	}

	/**
	 * 把两个byte当作无符号数进行比较
	 * 
	 * @param b1
	 * @param b2
	 * @return 若b1大于b2则返回1，相等返回0，小于返回-1
	 */
	private int compareByte(byte b1, byte b2) {
		if ((b1 & 0xFF) > (b2 & 0xFF)) // 比较是否大于
			return 1;
		else if ((b1 ^ b2) == 0)// 判断是否相等
			return 0;
		else
			return -1;
	}

	/**
	 * 这个方法将根据ip的内容，定位到包含这个ip国家地区的记录处，返回一个绝对偏移 方法使用二分法查找。
	 * 
	 * @param ip
	 *            要查询的IP
	 * @return 如果找到了，返回结束IP的偏移，如果没有找到，返回-1
	 */
	private long locateIP(byte[] ip) {
		long m = 0;
		int r;
		// 比较第一个ip项
		readIP(ipBegin, b4);
		r = compareIP(ip, b4);
		if (r == 0)
			return ipBegin;
		else if (r < 0)
			return -1;
		// 开始二分搜索
		for (long i = ipBegin, j = ipEnd; i < j;) {
			m = getMiddleOffset(i, j);
			readIP(m, b4);
			r = compareIP(ip, b4);
			// log.debug(Util.getIpStringFromBytes(b4));
			if (r > 0)
				i = m;
			else if (r < 0) {
				if (m == j) {
					j -= IP_RECORD_LENGTH;
					m = j;
				} else
					j = m;
			} else
				return readLong3(m + 4);
		}
		// 如果循环结束了，那么i和j必定是相等的，这个记录为最可能的记录，但是并非
		// 肯定就是，还要检查一下，如果是，就返回结束地址区的绝对偏移
		m = readLong3(m + 4);
		readIP(m, b4);
		r = compareIP(ip, b4);
		if (r <= 0)
			return m;
		else
			return -1;
	}

	/**
	 * 得到begin偏移和end偏移中间位置记录的偏移
	 * 
	 * @param begin
	 * @param end
	 * @return
	 */
	private long getMiddleOffset(long begin, long end) {
		long records = (end - begin) / IP_RECORD_LENGTH;
		records >>= 1;
		if (records == 0)
			records = 1;
		return begin + records * IP_RECORD_LENGTH;
	}

	/**
	 * 关闭IP库文件流
	 */
	public void close() {

		try {			
			mbb.clear();
			ipFile.close();
			SINGLETON = null;
		} catch (IOException e) {
			throw new RuntimeException("关闭IP库文件流异常。", e);
		}
	}

	/**
	 * IP数据库版本
	 * 
	 * @return String
	 */
	public String version() throws Exception {
		return this.getIPLocation("255.255.255.0").getArea();
	}
}
